【正文】 果。 圖 33 機(jī)械手工作區(qū)域 根據(jù)垂直平分線定理知，連結(jié) C 點和 M 點，做線段 CM 的垂直平分線，設(shè)定 D點 為機(jī)械手的手腕 回轉(zhuǎn)中心，如上圖 D 點所示相距隧道截面 圓 心 O 為 1 米。 除塵機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)中心的位置影響著 除塵范圍的大小，也影響 著 機(jī)械手臂的伸縮量 。腕部不僅連結(jié)除塵機(jī)械手的手臂，它還有連結(jié)和支承整個 機(jī)架 的作用，除了保證腕部具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還要全面考慮，保證使 整個機(jī)架 有一個 合理的布局。 機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)中心的 確定 位于臂部的最前端就是腕部，臂 部承載的動 、 靜 負(fù)荷 都與它相牽連 。 此外，吸塵器與垃圾存放箱通過軟管 相連接 ，這樣吸塵器吸進(jìn)灰塵后就可以 直接裝在 灰塵存 放箱。 圖 32 除塵裝置示意圖 （ 3）吸塵裝置： 在 機(jī)械手手臂的末端安裝一個吸塵 頭 進(jìn)行完成 收集 灰塵和 其他污垢 的 工作 。 手臂可以 自行控制與隧道側(cè)面之間的距離，達(dá)到 吸塵器能良好 工作的距離 。利用電機(jī)驅(qū)動曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 中 的 曲柄 轉(zhuǎn)動帶動連桿從而控制搖桿可以來回的擺動。 （ 1）車載裝置：用于裝載機(jī)械手裝置和吸塵裝置的 車輛設(shè)備 ，并 沿著隧道方向移動作為機(jī)械手臂 一個移動 自由度 ， 它 也 承載 所有控制機(jī)械手的裝置，此車如同地鐵可以直接架在軌道上沿著地鐵軌道進(jìn)行移動。一個用來帶動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，曲柄的 轉(zhuǎn)動 通過 連接桿 使得 手臂可以來回擺動；另一個動力源是控制齒輪齒條的運動，來實現(xiàn)手臂的伸縮運動 [8]?；顒訕?gòu)件 n=4 ,低副為 PL=5 ，高副為 PH=0，由上述公式求出機(jī)構(gòu)自由度為： 25243 ?????F 除塵機(jī)械手機(jī)構(gòu)主動件數(shù)目有 2 個，并且主動件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目，因此機(jī)構(gòu)有確定的運動。把構(gòu)件中每個構(gòu)件相對于機(jī)架能獨立運動的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。 機(jī)械手自由度的校核 一個構(gòu)件在沒有任何約束的條件下，相對于固定構(gòu)件作平面運動時有三個自由度。通過電機(jī)驅(qū)動曲柄 AB 做回轉(zhuǎn)運動 ， 這樣 就 可以帶動手臂 CD 在 設(shè)定的 兩點之間 來回擺動。 我們可以得出： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 12 曲柄 AB = 1m 機(jī)架 AD = 由于極限角度較大，我們采用相鄰兩桿相等的四桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。因此，我們能夠利用這兩個特殊位置來計算 出 它們的關(guān)系。從圖中可 以看出 在 B 經(jīng)過 B B2 點時曲柄和連桿形成兩次共線。查表米的工字鋼10SWmm1 00 m i ,LKNFV??? 機(jī)械手裝置中的 四桿 機(jī)構(gòu)的參數(shù)確定 AB 代表曲柄， CD 代表搖桿， AD 代表機(jī)架，兩個極限位置分別是 CD、 DM。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 10 隧道清潔車側(cè)面除塵與安全裝置設(shè)計 11 圖 29 蝸輪蝸桿升降機(jī)及其參數(shù) 型號根據(jù)圖形選擇。 蝸輪蝸桿升降機(jī)的選型 根據(jù)絲杠提升負(fù)荷和行程找出所 需升降機(jī)的型號，再查提升力和提升速度表，校核提升速度滿不滿足要求?？紤]到通常的情形，可得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件： （ 1）最短桿 和最長桿長度之和 小于 或者等于其他 兩桿 長度之和 [7]； （ 2）最短桿是連架桿 或者機(jī)架 [6]。 隧道清潔車側(cè)面除塵與安全裝置設(shè)計 9 圖 27 雙曲柄機(jī)構(gòu) （ 3）雙搖桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩連架桿都是 搖桿時，稱為雙搖桿機(jī)構(gòu) [15]， 如圖 27 所示。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)由以下各構(gòu)件組成： 連架桿：與機(jī)架相連的構(gòu)件； 連桿：與機(jī)架沒有相連，并做平面運動的構(gòu)件； 機(jī)架：機(jī)構(gòu)中相對固定的構(gòu)件； 曲柄：與機(jī)架連接且能做整周轉(zhuǎn)動的構(gòu)件； 搖桿：與機(jī)架相連且能做來回擺動的構(gòu)件； 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)兩連架桿運動狀態(tài)可分為以下三種基本的類型： （ 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個連架桿中一一桿為 曲柄 ，另一桿是只可以做往復(fù)的擺動的搖桿，則 稱 該四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu) [15]， 如圖 25 所示。我們可以選擇利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。連桿機(jī)構(gòu)的基本類型有 :曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)等。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 8 蝸 輪蝸桿升降機(jī)的選取 平面連桿機(jī)構(gòu)的主要特點是：低副具有規(guī)矩的幾何形狀，便于加工設(shè)計；整個機(jī)構(gòu)要能承受較大的載荷少不了 低副的接連作用，比如 說轉(zhuǎn)動、移動、擺動以及一般的平面運動，都 會 受到較大載荷的沖擊 ， 所以低副是特別重要的。但是其中一個自由度靠承載小車來完成。所以隧道的除塵機(jī)械手的類型可以歸結(jié)為兩個直線的運動和一個轉(zhuǎn)動。 圖 22 RRP 坐標(biāo)式機(jī)器人 地鐵隧道側(cè)面除塵機(jī)械手要 實現(xiàn)自動的除塵工作就要有 兩個 轉(zhuǎn)動和 一個 移動 這三個自由度 ，沿隧道長度方向的移動可由承載車來實現(xiàn)，所以機(jī)械手本身的兩 個自由 度就需要去 設(shè)計了，要 從 自身 的結(jié) 構(gòu)得到 [2]。通常來講，一個運動鏈的自由度和手部運動的自由度在數(shù)量上是相等的，如圖 21，所示的 RRP 操作機(jī)，它的 底 座存在一個轉(zhuǎn)動自由度，腰部存在一個移動的自由度，腕部存在一個轉(zhuǎn)動的自由度，這些自由 度 目的是確定 手部在空間的位置。 除塵機(jī)械手 就 相當(dāng)于 一個 空間機(jī)構(gòu)。因此，在空間 坐標(biāo)內(nèi)， 任何 一個物體都存在 六 個自由度 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 6 地鐵隧道側(cè)面除塵機(jī)械手的類型 機(jī)械手的基本功能是什么 ？ 就是 希望它可以按照 人們 的思維做出相應(yīng)的工作 ，人們 設(shè)定好位置和設(shè)計好驅(qū)動手部， 它便可以通過環(huán)境自 動 改變 動作來完成各種作業(yè)。 方案二 ：利用 一個 電動機(jī)提供動力源驅(qū)動手臂伸縮，再用一個電機(jī)控制轉(zhuǎn)動部分 。 機(jī)械手本身需要的兩個自由度分別 是 一個 手臂 做來回 擺動 的 自由度 和一個是用隧道清潔車側(cè)面除塵與安全裝置設(shè)計 5于調(diào)節(jié)執(zhí)行器與隧道內(nèi)壁的垂直距離的移動 自由度 ，如圖 21 所示；吸塵器裝置用于完成清理 灰 塵的工作，末端執(zhí)行器裝置了 吸塵器的吸口部分 ；手臂 上裝一個障礙物感應(yīng)器來調(diào)節(jié)伺服電機(jī)控制末端執(zhí)行器躲過內(nèi)壁的障礙物， 機(jī)械手機(jī)架、垃圾儲存箱和吸塵器等部件都安裝在承載車上。手臂可以根據(jù)隧道側(cè)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)整之間 的距離 大小，與壁面垂直距離保持 40 毫米和 60 毫米之間；為了保證除塵的效果，吸塵器和垃圾儲存箱用 管道連 通，把吸進(jìn) 的 灰塵放置在 垃圾存儲箱 里；吸塵頭的運動軌跡總體 上看 為一螺旋線；機(jī)械手存 在三個自由度：一個轉(zhuǎn)動自由度 ， 兩個移動自由度。滿足 合理的 方案，緊湊 的 結(jié)構(gòu)，符合生產(chǎn)的要求，并且對配套設(shè)備（吸塵器和小車等）做出 相應(yīng)的修改 要求。 （ 8） 選擇適當(dāng)?shù)奈鼔m頭 ,使得 吸口能夠照顧到應(yīng) 該 清掃的面，且漏掃部分不能高于 10%. 隧道清潔車的設(shè)計思路 本課題要求設(shè)計一臺結(jié)構(gòu)簡單，裝卸 方便， 性能比較可靠， 運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 的除塵機(jī)械手 ,代替人工執(zhí)行地鐵隧道側(cè)面的除塵工作。 （ 6）除塵 機(jī)械手盡量采用通用件來降低制造成本。 （ 4）除塵機(jī)械手 應(yīng)能滿足 實際工作 規(guī)范要求，保證 作業(yè) 精度。 （ 2）手臂末段安裝吸塵頭，可以將機(jī)械手安裝在專用的（或者改裝的）車輛上 ,允許每單程清理半面隧道。 課題任務(wù)是設(shè)計一臺除塵 機(jī)械手 ，代替人工做地鐵隧道側(cè)面灰塵的自動除塵工作。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 4 2 除塵 機(jī)械手的設(shè)計 的 總體方案 隧道清潔車側(cè)面除塵與安全裝置設(shè)計任務(wù) 利用本次設(shè)計，讓我去了解 開發(fā) 設(shè)計機(jī)械產(chǎn)品需要哪些過程，加強(qiáng)我系統(tǒng)的運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論能力、鞏固 自身 專業(yè)知識和各項技能素養(yǎng)，進(jìn)一步的培養(yǎng)大學(xué)生設(shè)計、計算、分析和 解決問題的能力，并會 懂得如何 總結(jié)、歸納，得到合理的結(jié)論，進(jìn)行比較系統(tǒng)的機(jī)械工程訓(xùn)練，初步鍛煉從事科學(xué)研究 的 工作能力，增強(qiáng)論文撰寫和技術(shù)表述的 基本 能力。 因此， 地鐵隧道的清理工作已經(jīng)是一個非常重要 ，必須要做的工作 ，地鐵如圖 11 所示。 隧道清潔車側(cè)面除塵與安全裝置設(shè)計 3 課題 研究的目的和意義 地鐵已經(jīng) 是 一個人口 聚集的 公共場所，大城市 里 人們 每天都乘坐 著 地鐵， 沒有一個好的環(huán)境怎么 能 帶給市民一個舒適的心情呢？日復(fù)一日，年復(fù)一年。 （ 3）塵粒 收集 塵粒搜 集的過程就是 讓 帶點粒子在電場中 獲得 加速的過程， 使得負(fù)電荷 的粒子會向著陽極 電板 運動，帶有正電荷的粒子向著陰極 移動 。 由于氣體電離，在放電極 周圍就會產(chǎn)生明亮的光暈，并發(fā)出絲絲的氣體爆裂聲， 這便 稱為電暈放電。這些 電子 接著又被加速到一定速度，再次引起氣體 分子碰撞電離。 （ 1）電暈 放電 把非常 高的直流電壓加到一對電極上， 其中 一個 點 極是細(xì)導(dǎo)線 ， 另一 電 極是管狀的 或者 板狀的，電場強(qiáng)度在導(dǎo)線表面附近很強(qiáng)，并隨遠(yuǎn)離導(dǎo) 線 的距離增大而大幅減弱。靜電 除塵 技術(shù)分為平板 式 和管 式 。所以 才 說 ， 除塵技術(shù)是科學(xué)和實踐相結(jié)合的完美 的 產(chǎn)物。內(nèi)部 過濾 是把松散孔多的材料（ 如 金屬絨、玻璃纖維、硅砂、煤粒等） 用 一定的體積填充在容器或者結(jié)構(gòu)架里作為過濾層， 凈化 含 塵 氣體 ， 塵粒被過濾材料收集起來。 過濾除塵技術(shù) 過濾 除塵 技術(shù) 就是利 用過濾器把含塵的氣體通過過濾材料，使得粉 塵 分離出來 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 2 （ 3）慣性 除塵技術(shù) 慣性 除塵技術(shù)是利用塵埃和氣體在運動中產(chǎn)生的 不一樣 的慣性力，使粉從氣體 中分離。 （ 2）離心力 除塵技術(shù) 離心力 除塵技術(shù)是利用漩渦運動 使 里面的 氣流產(chǎn)生的離心力來清除氣里的粉塵。 （ 1）重力 除塵技術(shù) 重力除塵的 原理是利用塵粒與氣體 有不一樣 的比重， 因